嵌入式系統的Watchdog

Introduction

   Watchdog，又名看門狗，光聽名字就知道是保衛系統的可靠幫手，它相當於系統警察，當系統發生嚴重錯誤（比如程序跑飛或進入死循環等）不能恢復的時候，能夠讓系統重啓。

   看門狗最初的意義是因爲早期嵌入式設備上的程序經常跑飛（比如說電磁干擾等），爲了避免系統在無人干預時長時間掛起，所以專門設置了一個硬件看門狗，每隔一段時間，看門狗就去檢查某個參數是不是被設置了，如果發現該參數被設置了，則判斷爲系統出錯，然後強制重啓。

   另外,它又叫 watchdogtimer（WDT）,即一個定時器電路, 一般有一個輸入,叫喂狗(feed),一個輸出到MCU（微控制單元 Microcontroller Unit,俗稱單片機）的RST端,MCU正常工作的時候,每隔一段時間輸出一個信號到喂狗端,給 WDT 清零,如果超過規定時間不喂狗(一般在程序跑飛時),WDT 定時超過,就會給出一個復位信號到MCU,使MCU復位. 防止MCU死機. 從而使嵌入式系統可以在無人狀態下實現連續工作。

How to work?

  Watchdog在實現上可以是硬件電路也可以是軟件定時器，能夠在系統出現故障時自動重新啓動系統。

  在比較高檔的嵌入式硬件芯片中，都有一個Watchdog模塊，如果在MCU/MPU中沒有集成Watchdog，一般會在此嵌入式系統中加一個專門的Watchdog芯片(常用的WDT芯片如MAX813 ,5045, IMP 813等)來實現Watchdog機制。此模塊主要的功能包括：  
1. 提供WATCHDOG控制寄存器和配置寄存器，供軟件開發人員根據系統需要進行靈活配置。
2. 提供一接口，使應用軟件能夠定時給WATCHDOG“喂狗”。
3. 提供WATCHDOG機制，當系統進入不可恢復錯誤時，能產生一個不可屏蔽中斷來通知系統自動重啓     （一般這樣，也有改變爲其他處理方式的），只有相應的復位信號才能清除它。

如果是單獨的watchdog芯片，則，
1. 芯片和單片機的一個I/O引腳相連，該I/O引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平(或低電平)；
2. 如果單片機一旦跑飛或陷入死循環狀態，看門狗電路就會由於得不到嵌入式系統送來的信號，便在它和單片機復位引腳相連的引腳上送出一個復位信號，使單片機發生復位。

HW WDT and SW WDT：

硬件watchdog（由硬件電路支持）比軟件watchdog（一般是通過定時器機制實現）有更好的可靠性。 軟件watchdog基於內核的定時器實現，當內核或中斷出現異常時，軟件watchdog將會失效。而硬件watchdog由自身的硬件電路控制, 獨立於內核。無論當前系統狀態如何，硬件watchdog在設定的時間間隔內沒有被執行寫操作，仍會重新啓動系統

在Linux 內核下, 自帶一個watchdog的實現，用於監視系統的運行，它的基本工作原理是：當watchdog啓動後(即/dev/watchdog 設備被打開後)，如果在某一設定的時間間隔內/dev/watchdog沒有被執行寫操作, 硬件watchdog電路或軟件定時器就會重新啓動系統。 /dev/watchdog 是一個主設備號爲10， 從設備號130的字符設備節點。 Linux內核不僅爲各種不同類型的watchdog硬件電路提供了驅動，還提供了一個基於定時器的純軟件watchdog驅動。 驅動源碼位於內核源碼樹drivers\char\watchdog\目錄下。

Sample code flow:

Wdt_config() {
	// config the timer register
   // enable the mdode register
  // enable WDT irq
}
wdt_cb(){
 // feed watchdog or reset the system
}
Wdt_register_timerout_handler(wdt_cb);
Wdt_enable();

The Ending

WATCHDOG在嵌入式系統中發揮着非常重要的作用，其實現方式會有較大差別。可以根據不同的硬件設計，可以選用不同的看門狗實現，但它們的作用是一樣的：保證系統在出現不可恢復錯誤時，能夠自動讓系統重啓。